色素炭黑生產中的余熱利用

色素碳黑生產中的余熱利用

早期的炭黑生產由于工業、技術以及節能觀念的淡薄，在對排出炭黑反應爐的余熱利用是很有限的。那時，對排出反應爐的煙氣，只是采用急冷水直接冷卻，或用水夾套等間接的方法來冷卻炭黑煙氣后進行收集炭黑，使這部分能量都被浪費了，隨著人們對節能的重視以及工業技術的不斷進步，這部分余熱資源被利用的程度就越來越高。

 現在，在炭黑生產中利用空氣預熱器來回收炭黑煙氣中的物理熱，有的試用急冷鍋爐、在線余熱鍋爐等來冷卻炭黑煙氣。

由炭黑工藝我們可以知道，燃燒段的高溫煙氣流經喉管段和反應段時，由噴入的原料油吸熱反應生成炭黑，并使煙氣溫度降低，在1300℃時用急冷水終止其反應。調節急冷水的流量控制排出反應爐的炭黑煙氣的溫度。急冷水量大則排出的炭黑煙氣溫度低，反之則炭黑煙氣溫度就高。從利用能源的角度考慮，只要能終止供應反應，使反應煙氣冷卻到反應溫度以下。排出反應爐的炭黑煙氣溫度越高，則炭黑煙氣的利用價值也就越高。但是由于設備不能承受太高的溫度，目前排出炭黑反應爐的煙氣溫度都控制在750~950℃，甚至更低。

在炭黑生產中，由于炭黑的品種不同，結構不同，它們的油耗也不大一樣。一般來說，硬質炭黑的油耗較軟質炭黑要高。

如某硬質炭黑生產裝置，炭黑的收率在45%~51%，其他參數如下。

   燃料油溫度：130℃

   原料油溫度：288℃

   入爐空氣溫度：650℃

   排出反應爐濕尾氣溫度：760℃

   排出反應爐尾氣的熱值：2740~3285kJ/Nm3

那么，我們可以得知，在進入炭黑反應爐中，燃料油和原料油所占輸入熱能的91.7%~92.9%，熱空氣帶入反應爐的熱量為6.0%~7.3%，而原料油和燃料油帶入的熱量為1.1%，而供入電能所占的比例在1%以下。

在排出反應爐的熱量中，炭黑所占的熱量為34.5%~39.2%，炭黑尾氣帶走的熱量占54.3%~40.6%，而在尾氣帶走的熱量中，炭黑尾氣的化學熱占70.9%~74.1%，炭黑尾氣的物理熱占25.9%~29.1%。另外還有炭黑帶走的物理熱占1%左右，散熱損失約占2%左右，氣體熱損失（如急冷水吸熱）為10%左右。

如果把整個炭黑生產裝置作為一個能量體系的話，那么進入該體系的能力為燃料油和原料油的化學熱，已經電能和蒸汽的熱能。而排出該體系的則是炭黑的化學熱已經炭黑尾氣的能量。

   如用以上面的例子來分析的話，排出體系的尾氣溫度為246℃，尾氣的熱值為2421.47~2859.54kJ/Nm3。其有效利用能為39.67~39.73%。

由于炭黑生產系統中排出的炭黑尾氣可利用作為燃料、生產蒸汽供熱和發電。所以，炭黑生產裝置的供電和供熱則由炭黑尾氣的余熱來供應。這樣該系統的有效利用能為44.32%~45.41%。

在反應爐以后（包括前期油類的處理和輸送）的生產裝置都是常規的用電設備（如電動機拖動的泵、風機、輸送機等）和常規的換熱設備，可按常規的設備能耗來分析。他們在炭黑生產總能耗中占的比例很小，但也是不能忽視的。

 在爐法炭黑的生產過程中，燃料油和原料油進入反應爐，并在其中轉化為炭黑和尾氣。這以后，就是收集產品和回收能量的過程。能量回收的主要目的就是如何利用從中止炭黑生產反應后的全部能量。如果采用水急冷的方式冷卻炭黑煙氣，那么，炭黑煙氣中的熱量則被水汽化而帶走，無法回收利用，所以，要盡可能地減少急冷水的用量，而通過空氣預熱器、油預熱器、在線鍋爐等方式來回收炭黑煙氣中的熱能，降低其溫度。經計算表明，入爐空氣每上升100℃，總熱能耗減少1.95%。除了回收炭黑煙氣中的物理熱以外，還有就是炭黑尾氣的化學熱。在正常情況下，爐法生產炭黑時，產生的炭黑尾氣量是炭黑反應爐進風量的兩倍。在生產過程中，入爐風量和燃料量基本保持不變，而是通過改變原料油量來改變炭黑的品種。而炭黑尾氣的熱值則是隨著入爐油量的增加而增大。炭黑尾氣的化學熱主要被用來作為燃料，作濕法造粒后炭黑干燥的熱源，以及被引入鍋爐來產生蒸汽由于供熱和發電。如果這樣的話，炭黑生產中的用電和加熱用蒸汽都是回收的余熱。